化工热力学习题答案第六章

化工热力学习题及详细解答习题 (2)第1章绪言 (2)第2章 P－V－T关系和状态方程 (4)第3章均相封闭体系热力学原理及其应用 (8)第4章非均相封闭体系热力学 (13)第5章非均相体系热力学性质计算 (19)第6章例题 (27)答案 (40)第1章绪言 (40)第2章 P－V－T关系和状态方程 (44)第3章均相封闭体系热力学原理及其应用 (51)第4章非均相封闭体系热力学 (68)第5章非均相体系热力学性质计算 (87)附加习题 (103)第2章 (103)第3章 (104)第4章 (107)第5章 (109)习题第1章 绪言一、是否题1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。

2. 封闭体系的体积为一常数。

3. 封闭体系中有两个相βα,。

在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。

4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。

5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。

6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P （T ，V ）的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。

7. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T T P dT C H ∆。

8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是γγ)1(1212-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=P P T T （其中ig Vig P C C =γ），而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。

9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。

10. 自变量与独立变量是不可能相同的。

二、填空题1. 状态函数的特点是：___________________________________________。

欢迎大家来到共享资源第六章 蒸汽动力循环和制冷循环―――― 会员：newsusan 一、选择题(共43小题，43分)1、(1分)对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度，则其热效率( A. 有所提高，乏气干度下降B. 不变，乏气干度增加 C. 有所提高，乏气干度增加D. 热效率和干度都不变2、(1分)节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹。

B. μ<0A. μ=0 C. μ>03、(1分)对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度，则其热效率( A. 有所提高，乏气干度下降B. 不变，乏气干度增加 C. 有所提高，乏气干度增加D. 热效率和干度都不变4、(1分)14.节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹。

A. μ=0 C. μ>05、(1分)理想的Rankine 循环工质是在汽轮机中作_____膨胀 A ） A ） 等温 等温 B) 等压 B) 等压 B ）降低C ）等焓 C ）等焓 C ）不变D ）等熵 D ）等熵6、(1分)节流膨胀的过程是不计流体位差等速度变化，可近似看作______过程7、(1分)流体作节能膨胀时，当μ＞0，节流后温度A ）升高B. μ<0).).8、(1分)气体经过稳流绝热过程，对外作功，如忽略动能和位能变化，无摩擦损失，则此过程 气体焓值（） A. 增加B ． 减少 C ．不变D. 不能确定9、(1分)Rankine 循环是由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成 A ） A ） A ） 正确 正确 正确B) 错误 B) 错误 B) 错误10、(1分)吸收式制冷将热由低温物体向高温物体，冷凝器置于低温空间 11、(1分)蒸汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间，冷凝器置于低温空间 12、(1分)单级蒸汽压缩制冷是由冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器组成 A ） 正确B ) 错误13、(1分)在相同的温度区间工作的制冷循环，制冷系数以卡诺循环为最大 A ） 正确 B) 错误14、(1分)吸收式制冷采用吸收器、解吸器、溶液泵和换热器，替代蒸汽压缩制冷装置中的压缩机构成 A ） 正确 B) 错误15、(1分)热泵的工作目的是供热，有效的利用低品味的能量，因此热泵的工作原理循环过程不同于制冷装置。

第七章习题答案7-17在25℃时，某气体的P-V-T 可表达为PV=RT +×104P ，在25℃，30MPa 时将该气体进行节流膨胀，向膨胀后气体的温度上升仍是下降？解；判定节流膨胀的温度转变，依据Joule-Thomson 效应系数μJ ，即公式（7-6）。

由热力学大体关系式可取得：pP HJ C VTVT P T -∂∂=∂∂=)()()(μ （7-6） 由P-V-T 关系式P RT PV 4104.6⨯+=可得4104.6⨯+=PRT V求偏导得 PRT V P =∂∂)(，故有 0104.6104.644<⨯-=⨯-=⨯-=-⨯=pp p p J C C C P PV RT C VP RT μ可见，节流膨胀后，温度升高。

7-18 由氨的T s -图求1kg 氨从的饱和液体节流膨胀至 MPa （）时，(a) 膨胀后有多少氨汽化？ (b)膨胀后温度为多少？(c) 分离出氨蒸气在紧缩至 2p = MPa = atm 时， ?'2=t （绝热可逆紧缩）解：由附录8氨的T-S 图知：)17.8(828.01atm MPa p =时 kg kcal h /701=等焓膨胀至 atm p 68.02= 时 1123.0--⋅⋅=kg K kcal s02=sl s （饱和液体） 1142.12--⋅⋅=kg K kcal s sv （饱和蒸汽） （a ）求干度： slsv s x x s s 22222)1(-+= 211.0042.103.02222=--=--=slsv sls s s s x即汽化的液氨为。

（b ）由附录8得 C t 402-=（C ）氨气等熵紧缩至，由附录8得C t 110'2=7-19.某郎肯循环以水为工质，运行于14MPa 和之间，循环最高温度为540C，试求：（a ）循环的热效率； (b) 水泵功与透平功之比； (c) 提供1kW 电的蒸汽循环量。

例题1、某工厂一工段需要流量为10 m 3·h -1，温度为80℃的热水。

现有0.3MPa 的饱和水蒸汽和30℃的循环回水可供调用。

请你设计一个热水槽，进入该槽的蒸汽和冷水各为多少流率？相应的蒸汽管和冷水管尺寸如何？解：这是一个稳定流动系统，动能及势能不是很突出，可以忽略不计。

若忽略混合时的热量损失，而混合过程无机械轴功产生，即Q=0，W s =0。

稳流系统热力学第一定律，ΔH=Q-W s =0，即进出焓相等冷水的热力学性质：30℃，近似为饱和液体，H 冷水=125.79 kJ ·kg -1，比容1.0043l *10-3m 3·kg -1饱和蒸汽的热力学性质：0.3MPa ，饱和温度为133.55℃，H 蒸汽=2725.3 kJ ·kg -1，比容 606℃10-3 m 3·kg -1热水的热力学性质：80℃，近似为饱和液体，H 热水=334.91 kJ ·kg -1比容为 13310029.1--⋅=⨯kg m设冷水的流量为m 水，蒸汽的质量流量为m 汽。

热水流量为1133132971810029110----⋅=⋅⨯⋅=h kg .kgm .h m m 热水 则 热水热水蒸汽汽冷水水H m H m H m ⨯=⨯+⨯91.3342.97183.2725)2.9718(79.125⨯=⨯-+⨯水水m m 解得 14.8936-⋅=h kg m 水 18.781-⋅=h kg m 蒸汽查阅“化工工艺设计手册”，可知：一般工业用水在管中的流速要求在1.0m/s 左右，低压蒸汽流速为20m/s 左右。

则 V m U A ⋅=⋅ 即式中A 为管道截面积，D 为管径，U 为流速，V 为比容。

2/14⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=U V m D π冷水管径 m D 056.036000.114.3100043.14.893642/13=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯=-按照管道规格尺寸，选取D N 50的冷水管道。

思考题：6-1 空气被压缩机绝热压缩后温度是否上升，为什么？ 6-2 为什么节流装置通常用于制冷和空调场合？ 6-3 请指出下列说法的不妥之处：① 不可逆过程中系统的熵只能增大不能减少。

② 系统经历一个不可逆循环后，系统的熵值必定增大。

③ 在相同的始末态之间经历不可逆过程的熵变必定大于可逆过程的熵变。

④ 如果始末态的熵值相等，则必定是绝热过程；如果熵值增加，则必定是吸热过程。

6-4 某封闭体系经历一可逆过程。

体系所做的功和排出的热量分别为15kJ 和5kJ 。

试问体系的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？6-5 某封闭体系经历一不可逆过程。

体系所做的功为15kJ ，排出的热量为5kJ 。

试问体系的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？6-6 某流体在稳流装置内经历一不可逆过程。

加给装置的功为25kJ ，从装置带走的热（即流体吸热）是10kJ 。

试问流体的熵变：（a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？6-7 某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，加给装置的功是24kJ ，从装置带走的热量（即流体吸热）是10kJ 。

试问流体的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？6-8 热力学第二定律的各种表述都是等效的，试证明：违反了克劳休斯说法，则必定违反开尔文说法。

6-9 理想功和可逆功有什么区别？6-10 对没有熵产生的过程，其有效能损失是否必定为零？ 6-11 总结典型化工过程热力学分析。

习题6-1 压力为1.5MPa ，温度为320℃的水蒸气通过一根内径为75㎜的管子，以-13m s ⋅的速度进入透平机。

由透平机出来的乏气用内径为25㎜的管子引出，其压力为35kPa ，温度为80℃。

假定过程无热损失，试问透平机输出的功率为多少？【解】：查593K 和353K 过热水蒸气焓值，-113255.8kJ kg h =⋅，-122645.6kJ kg h =⋅ 由 3-13-11176.5cm g 0.1765m kg V =⋅=⋅313-124625 4.625m kg V cm g -=⋅=⋅进口截面积 ()22210.0750.00442m 44A D ππ==⨯=-11130.004420.0751kg s 0.1756u A m V ⨯===⋅、 m V A u V A u ==111222-122220.0751 4.6257.08m s0.254m V u A π⋅⨯===⋅⨯ -1212645.63255.8610.2kJ kg h h h ∆=-=-=-⋅忽略位能变化，则 0z ∆=()2223-1117.0831020.563kJ kg 22u -∆=-⨯=⋅212s q w m h u ⎛⎫+=∆+∆ ⎪⎝⎭()-10.0751610.220.56347.37kJ s 47.37kW s w =-+=-⋅=-6-2 有一水泵每小时从水井抽出1892kg 的水并泵入储水槽中，水井深61m ，储水槽的水位离地面18.3m ，水泵用功率为3.7KW 的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45％。

一、填空、选择、判断1、有两股压力分别是12.0 MPa 的饱和蒸汽和1.5 Mpa 的饱和蒸汽。

在化工设计和生产过程中从合理用能的角度考虑：12.0MPa 饱和蒸汽用于膨胀做功、1.5Mpa 的饱和蒸汽用于换热器做加热介质。

环境温度25℃表1各状态点一些热力学参数2、最简单的蒸汽动力循环是Rankin 循环，由锅炉、过热器、透平机（或汽轮机）、冷凝器、水泵这几个基本装置所组成。

对Rankin 蒸汽动力循环中的各个过程进行功热转化分析时，使用稳流过程热力学定律，其热效率 小于Carnot 循环的热效率。

3、当过程不可逆时，孤立系统的△S 总〉0, 工质的△S 产生〉0。

4、空气在封闭的气缸内经历一过程，相应其内能增加15kJ ，对外界作功15kJ ，则此过程中工质与外界交换热量Q =30 kJ 。

5、有一电能大小为1000KJ ，另有一恒温热源其热量大小为1000KJ ，则电能的有效能大于恒温热源的有效能。

6、当过程不可逆时，体系的△S 总〉0，工质的△S 产生〉0，损失功W L 〉0。

7、热力学第二定律的克劳修斯说法是 热不可能自动从低温物体传给高温物体，开尔文说法是不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功，而不引起其他变化。

8、理想功：系统的状态变化以完全可逆方式完成，理论上产生的最大功或消耗的最小功，用符号Wid 来表示：Wid=△H －T 0△S9、有效能：系统在一定状态下的有效能，就是系统从该状态变化到基态过程所作的理想功，用符号B 号表示：B=(H －H 0)－T 0(S －S 0)10、制冷系数：制冷系数是指消耗单位量的净功所获得的冷量，用符号ξ表示：NW Q 0＝消耗的净功从低温物体吸收的热量=ξ 11、在温度为800K 的高温热源和温度为300K 的低温热源之间工作的一切可逆热机，其循环热效率等于62.5%。

12、对有限温差下的不可逆传热过程，传热温差越大，有效能损失越大。

13、在门窗紧闭房间有一台电冰箱正在运行。

化工热力学课后答案(填空、判断、画图)第1章 绪言一、是否题1. 封闭体系的体积为一常数。

（错）2. 封闭体系中有两个相βα,。

在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。

（对）3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。

（对）4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。

（错。

还与压力或摩尔体积有关。

）5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T T P dT C H ∆。

（对。

状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。

）二、填空题1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。

2. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的功为()f i rev V V RT W ln =(以V 表示)或()i f rev P P RT W ln = (以P 表示)。

3. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知igP C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C igP ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--，U =()1121T PPR C igP ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--，H =1121T P P C ig P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-。

B 等温过程的 W =21lnP P RT -，Q =21ln P PRT ，U = 0 ，H = 0 。

第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程一、是否题1. 纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。

（错。

可以通过超临界流体区。

）2. 当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。

（错。

若温度也大于临界温度时，则是超临界流体。

化工热力学习题参考答案第三版化工热力学习题参考答案第三版化工热力学习题参考答案&lpar;第三版&rpar;第二章p582-1求温度673.15k、压力4.053mpa的甲烷气体摩尔体积。

解：（a）理想气体方程 pv rt v8.314673.154.053101.38110（b）用r-k方程①换算谋tc、pc；②排序a、b；③利用迭代法排序v。

rtv brtpat v v ba vib t vi vi b m molv0 1.38110vi1 1.389610（c）用pr方程步骤同（b），计算结果：vi1（d）利用维里截断式bprt0.422tr1.3893100.0830.1390.172tr换算可以排序pr、tr、b0、b1和z由z1.391102-2v=0.5m3，耐压2.7mpa容器。

规定丙烷在t=400.15k时，p0.0441 1.35108.314400.158.948m（b）用r-k方程①查表求tc、pc；②计算a、b；③利用迭代法计算v。

rtv brtpat v v ba vib t vi vi b mv0 2.46410vi1 2.24110则可充丙烷质量计算如下：0.04410.52.241109.838kg（c）利用维里切断式：0.0830.422tr0.1390.172tr查表可计算pr、tr、b0、b1和z由z0.9168.314400.151.35102.25710则可充丙烷质量计算如下：0.04410.52.257109.77kg2-4v=1.213m3，乙醇45.40kg，t=500.15k，谋压力。

求解：（a）理想气体状态方程45.40468.314500.153.383mpa（b）用r-k方程0.42748r tc0.08664r tca28.039rtvm bvnt vm vm b1.229m1.21345.40/46p 2.759mpa（c）用srk方程计算（d）用pr方程排序（e）用三参数普遍化关联mmvnpvrt45.4461.2130.98710.987kmol 1.229mbprtvm z bpkmolrt0.361,b0.057,0.635b0.267p2.779mpa2-6求解：（1）将rk方程普遍化，可知原书中的（2-20c）和(2-20d)，即为4.9340tr0.08664pr式（e2）的右边的z以1为初值代入进行迭代，直至得到一收敛的z值。

《化工热力学》（第三版）习题参考答案58页第2章2-1 求温度673.15K 、压力4.053MPa 的甲烷气体摩尔体积。

解：（a ）理想气体方程133610381.110053.415.673314.8--⋅⋅⋅=⋅⋅==⇒=molm p RT V RT pV（b ）用R-K 方程① 查表求c T 、c p ；② 计算a 、b ；③ 利用迭代法计算V 。

()()()133113301103896.110381.1--+--+⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=+⋅⋅--+=+⋅⋅--=molm V molm V b V V T b V a b p RT V b V V T a b V RT p i i i i i（c ）用PR 方程步骤同（b ），计算结果：1331103893.1--+⋅⋅⋅=molm V i 。

（d ）利用维里截断式2.416.101172.0139.0422.0083.0111rrrr rr rr cc T B T BT p B T p B T p RT Bp RT Bp RTpV Z -=-=⋅⋅+⋅+=⋅+=+==ω查表可计算r p 、r T 、0B 、1B 和Z 由13310391.1--⋅⋅⋅==⇒=molm pZRT V RTpV Z2-2 V=0.5 m 3，耐压2.7 MPa 容器。

规定丙烷在T=400.15K 时，p<1.35MPa 。

求可充丙烷多少千克？解：（a ）用理想气体方程 136948.815.400314.85.01035.10441.0--⋅⋅=⋅⋅⋅⋅==⇒=⇒=molm RTMpV m RT Mm pV nRT pV （b ）用R-K 方程① 查表求c T 、c p ；② 计算a 、b ；③ 利用迭代法计算V 。

()()()13311330110241.210464.2--+--+⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=+⋅⋅--+=+⋅⋅--=molm V molm V b V V T b V a b pRT V b V V T a b V RT p i i i i i则可充丙烷质量计算如下：kg M V V M n m i ⋅=⋅⋅=⋅=⋅=-+838.910241.25.00441.031（c ）利用维里截断式：2.416.101172.0139.0422.0083.0111rrrr rr rr cc m T B T BT p B T p B T p RT Bp RTBp RTpV Z -=-=⋅⋅+⋅+=⋅+=+==ω查表可计算r p 、r T 、0B 、1B 和Z 由133610257.21035.115.400314.8916.0--⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⇒=molm V RTpV Z m m则可充丙烷质量计算如下：kg M V V M n m i ⋅=⋅⋅=⋅=⋅=-+77.910257.25.00441.0312-4 V=1.213 m 3，乙醇45.40 kg ，T=500.15K ，求压力。

化工热力学第二版第六章答案【篇一：化工热力学课后习题答案】一、是否题1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。

(错。

和，如一体积等于2v的绝热刚性容器，被一理想的隔板一分为二，左侧状态是t，p的理想气体，右侧是t温度的真空。

当隔板抽去后，由于q＝w＝0，，，，故体系将在t，2v，0.5p状态下，）达到平衡，2. 封闭体系的体积为一常数。

（错），3. 封闭体系中有两个相。

在尚未达到平衡时，两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。

（对）5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。

（错。

还与压力或摩尔体积有关。

）6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 p=p(t，v)的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。

（错。

v也是强度性质）7. 封闭体系的1mol气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终两个相都等价于均相封闭体系。

（对）态的温度分别为t1和t2，则该过程的；同样，对于初、终态压力相等的过程有。

（对。

状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。

）8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是（其中) 为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。

(错。

），而一位学生认9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。

（错。

有时可能不一致）10. 自变量与独立变量是不可能相同的。

（错。

有时可以一致）三、填空题1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态。

2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。

3. 封闭体系中，温度是t的1mol理想气体从(p ，v )等温可逆地膨胀到(p ，v )，则所做的功为i i f f(以v表示)或(以p表示)。

)，则，按下列途径由t1、p1和v1可逆地变化至p24. 封闭体系中的1mol理想气体(已知a 等容过程的 w= ，q=，q=， u=， h。

2－3．偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？答：纯物质的偏心因子ω是根据物质的蒸气压来定义的。

实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r sr Tp 11log α 其中，c s s r p p p =对于不同的流体，α具有不同的值。

但Pitzer 发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气压数据落在了同一条直线上，而且该直线通过r T =0.7，1log -=sr p 这一点。

对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在r T =0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的s r p log 值之差来表征。

Pitzer 把这一差值定义为偏心因子ω，即)7.0(00.1log =--=r s r T p ω任何流体的ω值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度c T 、临界压力c p 值及r T =0.7时的饱和蒸气压s p 来确定。

2－4．纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗？答：正确。

由纯物质的p –V 图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。

2－5．同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗？答：同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs 自由能是相同的，这是纯物质气液平衡准则。

气他的热力学性质均不同。

3-1 思考下列说法是否正确① 当系统压力趋于零时，()()0,,≡-p T Mp T M ig（M 为广延热力学性质）。

（F ） ② 理想气体的H 、S 、G 仅是温度的函数。

（F ） ③ 若()⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=00ln p p R S S A ig，则A 的值与参考态压力0p 无关。

（T ） ④ 对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H ＞U 。

（T ） ⑤ 对于一定量的水，压力越高，蒸发所吸收的热量就越少。

（T ） 3-2 推导下列关系式：V T T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ p T p T V U VT -⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂()2RT H T RT G p ∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ ()RTV p RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 证明：（1）根据热力学基本方程 V p T S A d d d --= (a)因为A 是状态函数，所以有全微分：V V A T T A A TV d d d ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂= (b) 比较(a)和(b)得： p V A S T A TV -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂, 由全微分性质得：V V T T p T T p p A T T A p V S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-即 VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂（2）由热力学基本方程 V p S T U d d d -= 将上式两边在恒定的温度T 下同除以的d V 得：p V S T V U TT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂由（1）已经证明VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ 则 p T p T V U VT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂（3）由热力学基本方程 p V T S G d d d +-= 当压力恒定时 SdT dG -=由Gibbs 自由能定义式得 S T H G ∆∆∆-=()()()222T H T S T H S T T GT GTT T G p∆∆∆∆∆∆∆-=---⋅=-∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂等式两边同乘以R 得()2RT H T RT G p∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂（4）当温度恒定时Vdp dG =()T V p T G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 所以 ()RTVp RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 3-4 计算氯气从状态1（300K 、1.013×105Pa ）到状态2（ 500K 、1.013×107Pa ）变化过程的摩尔焓变。

化工热力学第六章习题答案化工热力学第六章习题答案热力学是研究物质能量转化和传递规律的科学，它在化工工程中具有重要的应用价值。

化工热力学第六章主要涉及了理想气体的热力学性质和热力学循环等内容。

下面将针对该章节的习题进行详细解答。

1. 一摩尔理想气体的焓与温度关系为H = aT + bT^2 + cT^3 + dT^4，其中a、b、c、d为常数。

求该气体的热容与温度的关系。

解答：热容C定义为单位质量或单位摩尔物质的温度变化时吸收或放出的热量。

对于理想气体，热容与温度的关系可以通过计算焓关于温度的一阶导数得到。

首先，根据题目中的焓与温度关系式，对其求导得到：dH = a dT + 2b T dT + 3c T^2 dT + 4d T^3 dT根据热容的定义，热容C可以表示为：C = dQ/dT = dH/dT将上式代入，得到：C = a + 2b T + 3c T^2 + 4d T^3所以，该气体的热容与温度的关系为C = a + 2b T + 3c T^2 + 4d T^3。

2. 一摩尔理想气体的焓与温度关系为H = aT + bT^2 + cT^3 + dT^4，其中a、b、c、d为常数。

求该气体的熵与温度的关系。

解答：熵S定义为单位质量或单位摩尔物质在等温过程中吸收或放出的热量与温度之比。

对于理想气体，熵与温度的关系可以通过计算焓关于温度的二阶导数得到。

首先，根据题目中的焓与温度关系式，对其求导得到：dH = a dT + 2b T dT + 3c T^2 dT + 4d T^3 dT再对上式求一次导数，得到：d^2H = a d^2T + 2b dT^2 + 6c T dT^2 + 12d T^2 dT + 12d T^3 d^2T根据熵的定义，熵S可以表示为：S = dQ/T = dH/T将上式代入，得到：S = (a dT + 2b T dT + 3c T^2 dT + 4d T^3 dT) / T化简后得到：S = a/T + 2b + 3c T + 4d T^2所以，该气体的熵与温度的关系为S = a/T + 2b + 3c T + 4d T^2。

6-8试用RK 方程求正丁烷在460K,1.5MPa 时的逸度及逸度系数6-9试估算丙烯蒸气在478K,6.88MPa 时的逸度Pa 343.15.18956.08956.01103.003485.03839.4)03161.089127.0ln(189127.0)ln(1ln 03485.089127.003161.089127.0ln ln 89127.01)03161.0(03161.003161.03839.403161.01)(103161.0082.13948.008664.03839.4082.108664.042748.03948.0799.35.1082.12.425460T T T Pa 799.3p K2.425112/32/3c r c c M p f qI Z Z Z Z I Z Z Z Z Z Z Z Z q Z RK T p T q p p p M T B k k k k k k k r r rc r =⨯=⋅=∴=∴-=⨯----=----=∴=+=+=∴==+-⨯⨯-+=+--+=∴=⨯=Ω==⨯=Ω=∴======∴==+--ϕϕβϕββββββψ逸度逸度系数进行迭代，得初始值方程，汽相：，正丁烷查附录解：8002.03.1-4.131.1-3.18395.02.1-5.1489.1-2.1-8690.02.1-5.1489.1-5.1-3.1-4.131.1-4.17943.02.1-5.1489.1-2.1-8318.02.1-5.1489.1-5.15489.1620.488.6310.10.365478T T T Pa 620.4p K0.3651c r c c =⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯======∴==）（）（）（）（）（）（由内插法得查附录，丙烯查附录解：B p p p M T B c r6-10利用水蒸气表确定过热蒸汽在200℃,1MPa 时的逸度及逸度系数6-11试求液态CHClF 2在305K,14MPa 下的逸度.已知CHClF 2在305K 时的饱和蒸气压为0.267MPa,该温度下饱和蒸气的压缩因子Z=0.932,液体的平均比容为4.8×10^(-4)m ³/kg948.010009489488544.69668.9-6940.6-15.4737.2879-9.2827314.8015.18ln1K kg /6940.6kg/9.28271)(15541200K kg /9668.9kg/7.287911200)()(1ln)(1ln *)(1ln 8544.6**********=====∴=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯=∴⋅===⋅====⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=∴-=-=∴=p f kPa ef f f A mol S H KJ S KJ H MPa p A kPa kPa KJ S KJ H kPa p f kPa A S S T H H R ff TS H G G G RT ff p dG RTf d i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i ϕ逸度系数逸度）（）式的数值带入（的数值需要变为每和）（时皆可适用时，式至饱和压力℃，且压力由在温度为）（据为在此状态下参考点的数体，下水蒸气可当作理想气℃和假设得表示）积分到压力态（以在相同温度下，从基准温度为常数解：Pa60.588.68137.08137.01194.18002.01194.18002.0148.01010M p f =⨯=⋅=∴=⨯=⨯=∴==∴ϕϕϕϕϕϕω逸度同理由内插法得）（6-14试根据下列状态方程，计算摩尔分数为0.30氮气（1）和0.070正丁烷（2）的二元气体混合物，在461K 和7.0MPa 时氮气的逸度系数：①virial 方程 ②RK 方程Pa3224.0267.09643.0/m 10152.4/5.86/m 108.4/5.862195.351129643.09806.09684.09806.09684.050537.0975.4267.08261.02.369305T T T 215.0Pa975.4p K2.3691652210)267.014(305314.810152.4)(3534215.01010c r c c 2M eep f molmol g kg V molg M B p p p M T CHClF B s l p p RT V s s l lCHClF CHClF s c s sr=⨯⨯=⋅⋅=∴⨯=⨯⨯=∴=⨯+++==⨯=⨯=∴========∴===⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯-⨯⨯⨯⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡----ϕϕϕϕϕϕωω逸度由内插法得查附录，查附录解：）（ 方程）（）（）（由定义知方程）（解：正丁烷RK y B RTp mol cm B B B virial N N 2263.1233.02327.014461314.87)(ln /23226541-5.9-2-212221*********111212=∴=⨯+⨯⨯=⋅+=∴=+⨯=∴-=ϕδϕδδ622.80737.26/35051.107242.0/799.34.3/0824.16529.32.4252.126/1325.06--⋅⋅⋅⋅mol cm b mol K m Pa a MPa p T K T c r c 正丁烷氮气组分6-15分别用溶解度参数法和Margulars 方程计算环己烷（1）-苯（2）体系在313.15K ，液相摩尔组成为x 1=0.4时，两组分的活度和活度系3106.127046.014650.060499.0)11772.074627.0ln()174627.0(457.64737.26)ln()1(ln 60499.0)457.64737.2679962.035051.107242.07.0207242.03.02(2365.2))(22(14650.074627.011772.074627.0ln ln 74627.0,1)(111772.0461314.87457.642365.2461314.8457.6479962.0457.64622.807.0737.263.079962.035051.107242.07.03.0235051.17.007242.03.0)(2737.264.32.126314.808664.008664.007242.0104.32.126314.86529.342748.042748.022262112/1212111113121125.06222/121212221211325.06222/1222/1=∴=⨯--⨯-⨯=----=∴=-⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=-+==+=+=∴==+--+=∴=⨯⨯===⨯⨯==∴⋅=⨯+⨯=+=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯+⨯+⨯=++=∴⋅=⨯⨯=⨯=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=+------N N k k k k c c N c c rN I q Z Z b b bb a a a y a y q q Z Z I Z q Z Z Z Z q Z RT bp bRT a q molcm b y b y b mol K m Pa a a y y a y a y a mol cm p RT bmol K m Pa p T R T a ϕβϕβββββββ进行迭代，得代入初始值混合物参数以氮气为例：数，并讨论比较6-17某温度下,一个二元汽液相平衡体系有如下三组数据,如果气相可作为理想气体,试分析在选择活度系数模型时,该体系对Margules 模型或van Laar 模型何者更为适宜？已知两个组分在平衡温度下的[][]6163.06.00272.10272.14222.04.00554.10554.102681.0ln 05391.04.0)1640.01462.0(21640.06.0)(2ln 1462.01640.0arg )2(6130.06.00217.10217.14243.04.00608.10608.1021450.0ln 059060.0)54.1855.16(15.313314.86.0856.107)(ln )/(54.18)/(55.16856.10715.313314.832170/91.32/17.3215.313)11(78.3098.29//130.1284.1//212.0213.01.5624.553/3.3539.353/112222111122112211222121122222111122222122112/1322/131112138.01,2,123=⨯====⨯===∴==⨯-⨯+⨯=-+=∴===⨯====⨯===∴==-⨯⨯⨯=-⋅=∴==⨯-=-∆=∴=∆=∆∴--∆=∆∆x r a r x r a r r x A A A x r A A ules M x r a r x r a r r RT x V r m MJ m MJ V RT H molKJ H mol KJ H K T T H H mol KJ H g cm V K T K T B llvap vap vap br br vap vap vap l c b 同理可得模型同理可得同理可得时的蒸发焓分别为苯环己烷组分查附录）溶解度参数法（解： δδδδω饱和蒸气压分别为0.448MPa 和0.3241MPa6-18测定几个温度下液态氩（1）-甲烷（2）系统的超额Gibbs 能，得到下列表达式： 式中参数A 和B 的数值如下：计算112.0K,x 1=0.5时：可得到气相可设作理想气体解：∴=⋅⋅=⋅∴∑ii E i i si i r x RT G x r p r p ln / -------------------000.000.0000.100.1448131.0159.3599.0334.091.0455.025.0545.075.07.248714.0400.1350.0061.076.0622.050.0378.050.08.276143.1875.0164.0008.068.0812.075.0188.025.08.30100000.100.1000.000.01.324///ln ln /2121212211EE E G RT x x RTx x G RT G r r y x y x KPap 模型应采用求得和最小二乘法拟合曲线Laar van R R R R x G RT x x x RT x x G E E ∴==222122211211219996.09092.0-/-/ [])21(/121x B A RT x x RT G E -+=(1) 氩和甲烷的活度系数； (2) 液态混合物的混合热； (3) 液态混合物的超额熵 [][][][])/(189.00.11253.6875.89/53.68)5.021(0118.02944.05.05.00.112314.8)21()3(/75.89000861.00.10974.115)/()/()/()/(0)2(080.1073.107065.05.0)3062.02826.0(23062.05.0)(2ln 2826.00118.02944.03062.00118.02944.08011.02944.0120)1(1210.10974.115.221211221122212112k mol J T G H S molJ x B A x RTx G molJ H RT G RT G T RT G T RT G RT HH H r r x A A A x r B A A B A A B A E E EE mix KE K E E xp E Emix id mix ⋅=-=-=∴=⨯-⨯+⨯⨯⨯⨯=-+==∆∴=--=∂∂⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂==∆∴=∆==∴=⨯-⨯+⨯=-+=∴=-=-==+=+=∴== 同理可得℃时解：。

化工热力学习题及详细解答习题 (2)第1章绪言 (2)第2章 P－V－T关系和状态方程 (4)第3章均相封闭体系热力学原理及其应用 (8)第4章非均相封闭体系热力学 (13)第5章非均相体系热力学性质计算 (19)第6章例题 (27)答案 (40)第1章绪言 (40)第2章 P－V－T关系和状态方程 (44)第3章均相封闭体系热力学原理及其应用 (51)第4章非均相封闭体系热力学 (68)第5章非均相体系热力学性质计算 (87)附加习题 (103)第2章 (103)第3章 (104)第4章 (107)第5章 (109)习题第1章 绪言一、是否题1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。

2. 封闭体系的体积为一常数。

3. 封闭体系中有两个相βα,。

在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。

4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。

5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。

6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P （T ，V ）的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。

7. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T T P dT C H ∆。

8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是γγ)1(1212-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=P P T T （其中igV ig P C C =γ），而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。

9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。

10. 自变量与独立变量是不可能相同的。

二、填空题1. 状态函数的特点是：___________________________________________。

2－3．偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？答：纯物质的偏心因子ω是根据物质的蒸气压来定义的。

实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r sr Tp 11log α 其中，c s s r p p p =对于不同的流体，α具有不同的值。

但Pitzer 发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气压数据落在了同一条直线上，而且该直线通过r T =0.7，1log -=sr p 这一点。

对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在r T =0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的s r p log 值之差来表征。

Pitzer 把这一差值定义为偏心因子ω，即)7.0(00.1log =--=r s r T p ω任何流体的ω值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度c T 、临界压力c p 值及r T =0.7时的饱和蒸气压s p 来确定。

2－4．纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗？答：正确。

由纯物质的p –V 图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。

2－5．同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗？答：同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs 自由能是相同的，这是纯物质气液平衡准则。

气他的热力学性质均不同。

3-1 思考下列说法是否正确① 当系统压力趋于零时，()()0,,≡-p T Mp T M ig（M 为广延热力学性质）。

（F ） ② 理想气体的H 、S 、G 仅是温度的函数。

（F ） ③ 若()⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=00ln p p R S S A ig，则A 的值与参考态压力0p 无关。

（T ） ④ 对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H ＞U 。

（T ） ⑤ 对于一定量的水，压力越高，蒸发所吸收的热量就越少。

（T ） 3-2 推导下列关系式：V T T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ p T p T V U VT -⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂()2RT H T RT G p ∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ ()RTV p RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 证明：（1）根据热力学基本方程 V p T S A d d d --= (a)因为A 是状态函数，所以有全微分：V V A T T A A TV d d d ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂= (b) 比较(a)和(b)得： p V A S T A TV -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂, 由全微分性质得：V V T T p T T p p A T T A p V S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-即 VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂（2）由热力学基本方程 V p S T U d d d -= 将上式两边在恒定的温度T 下同除以的d V 得：p V S T V U TT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂由（1）已经证明VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ 则 p T p T V U VT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂（3）由热力学基本方程 p V T S G d d d +-= 当压力恒定时 SdT dG -=由Gibbs 自由能定义式得 S T H G ∆∆∆-=()()()222T H T S T H S T T GT GTT T G p∆∆∆∆∆∆∆-=---⋅=-∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂等式两边同乘以R 得()2RT H T RT G p∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂（4）当温度恒定时Vdp dG =()T V p T G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 所以 ()RTVp RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 3-4 计算氯气从状态1（300K 、1.013×105Pa ）到状态2（ 500K 、1.013×107Pa ）变化过程的摩尔焓变。

第6章 压缩、膨胀和制冷循环一、选择题1. 蒸汽压缩制冷循环过程中，制冷剂蒸发吸收的热量一定 制冷剂冷却和冷凝放出的热量 A 大于 B 等于 C 小于 （C ）2. 从制冷原理和生产应用方面说明制冷剂的选择原则。

答（1）潜热要大。

因为潜热大，冷冻剂的循环量可以减小。

氨在这方面具有显著的优点，它的潜热比氟里昂约大10倍，常用于大型制冷设备。

（2）操作压力要合适。

即冷凝压力（高压）不要过高，蒸发压力（低压）不要过低。

因为冷凝压力高将增加压缩机和冷凝器的设备费用，功率消耗也会增加；而蒸发压力低于大气压力，容易造成空气漏入真空操作的蒸发系统，不利于操作稳定。

在这方面氨和氟里昂也是比较理想的。

（3）冷冻剂应该具有化学稳定性。

冷冻剂对于设备不应该有显著的腐蚀作用。

氨对铜有强烈的腐蚀作用，对碳钢则腐蚀不强；氟里昂则无腐蚀。

（4）冷冻剂不应有易燃和易爆性。

（5）冷冻剂对环境应该无公害。

氟里昂F11、F12对大气臭氧的破坏已被公认，将逐渐被禁用，无公害的氟里昂替代品已大量应用。

综合以上各点，氨作为冷冻剂常用于大型冷库和工业装置。

而无公害氟里昂常用于小型冷冻机和家用电器3. 某蒸汽压缩制冷过程,制冷剂在２5０K 吸收热量Q L ,在３００K 放出热量-Q H ,压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的功为Ws ，判断下列问题的性质。

A 可逆的 B 不可逆的 C 不可能的 (1). Q L =2000kJ Ws=400kJ （ A ）2505300250η==-可逆 20005400L sQ W η===ηη=可逆 该制冷过程是可逆的 (2). Q L =1000kJ Q H =－1500kJ ( B ) 2505300250η==-可逆 1000215001000L L sH LQ Q W Q Q η====---ηη<可逆该制冷过程是不可逆的(3). Ws=100kJ Q H =－700kJ ( C )2505300250η==-可逆 7001006100H sL ssQ W Q W W η---====ηη>可逆该制冷过程是不可能的4. 卡诺制冷循环的制冷系数与 有关。

化工热力学详细课后习题答案陈新志化工热力学是化学工程领域的一门重要基础课程，它对于理解和设计化工过程具有至关重要的作用。

陈新志编写的相关教材中的课后习题，更是对课程知识的巩固和深化。

以下是为您提供的详细课后习题答案。

首先，我们来看第一章的习题。

例如，有一道关于热力学第一定律应用的题目。

题目中给出了一个化工过程中能量的输入和输出情况，要求计算系统的热力学能变化。

解题的关键在于准确列出能量平衡方程，将各种形式的能量转化为相同的单位进行计算。

根据输入能量总和减去输出能量总和等于系统热力学能变化的原理，逐步计算出结果。

第二章的习题往往涉及到热力学第二定律和熵的概念。

比如，有一个关于判断过程是否可逆以及计算熵变的问题。

要解决这类题目，需要先明确可逆过程的特征，即系统和环境之间的压力和温度差无限小。

然后，根据给定的条件计算出初态和终态的熵值，进而求出熵变。

如果熵变大于零，则过程不可逆；熵变等于零，则过程可逆。

第三章关于热力学性质的计算是重点和难点。

比如，有习题要求根据给定的状态方程计算物质的体积、压力、温度等热力学性质。

在解题时，需要熟练掌握各种状态方程的形式和应用条件，通过代数运算或者迭代法求解未知数。

再来看第四章相平衡的习题。

这部分通常会给出一些混合物的组成和温度、压力等条件，要求判断相态并计算各相的组成。

解题时，需要运用相律和相平衡准则，通过绘制相图或者利用数学方法求解方程组来得出答案。

第五章的化学平衡习题，经常涉及到化学反应的平衡常数计算和反应方向的判断。

例如，给定一个化学反应式和各物质的初始浓度，要求计算平衡常数和判断反应是否达到平衡。

这需要运用化学平衡的基本原理和公式，结合物质的热力学性质进行计算和分析。

第六章关于非均相系统热力学的习题，可能会考察界面现象和表面张力的相关知识。

比如，计算液体在毛细管中的上升高度或者固体颗粒在液体中的沉降速度等。

解题时，要运用相应的物理模型和数学公式，考虑表面张力和重力等因素的影响。